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低气压管道运输系统可望解决空气阻力和噪声等问题,理论上时速可以达到1000公里。为了探索低气压管道中高速车的推进和制动技术,本文对基于Halbach永磁阵列直线同步电机驱动特性和直线涡流制动特性,进行了如下的研究:
首先,分析比较四种不同的高速电磁推进方案,阐明了本论文题目的必要性。针对900km的最高时速,参考长定子直线同步电机和中速磁浮列车的Halbach永磁空芯直线同步电机,初步选定了电机的结构参数,作为分析研究输入。
其次,分析Halbach永磁空芯直线同步电机特性。建立该直线同步电机对应的电磁模型,解析分析计算三相电枢绕组的电枢磁场和Halbach永磁体励磁磁场并进行了优化,结果表明:电枢磁场远小于励磁磁场,占比1-2%。推导了电机的推进力和法向力公式,并通过有限元方法进行了验证;
然后,研究永磁空芯直线同步电机的应用问题。参考部分上海磁浮车的系统与特性参数及供电系统,研究了不同气压下的运行阻力数据,对应的同步电机电枢电流、推进力与法向力和对应的相电压,得到了电机的运行特性数表,表明用0.1atm气压管道降低空气阻力后,电机能提供900km/h的最高推进速度;同时研究配套的电枢供电系统,讨论牵引变电站分布、供电与换步方式,估算了牵引变流器关键参数包括电压、电流、频率及容量,间接说明了工程可行性。
最后,分析现有Halbach永磁涡流制动装置的电磁结构参数,建立通用电磁模型,推导了金属板处磁场分布和制动力及法向力计算公式,研究了气隙等参数对制动力和法向力特性的影响;将有理函数作为涡流制动力的拟合函数,给出了制动距离工程计算方法和公式,降低了计算量。同时用二维有限元仿真验证了部分解析计算结果,得到不同气隙及速度时的涡流制动力、法向力。对不同入口速度对应的制停距离及其速度瞬态曲线进行了计算和分析,为气隙调整提供了参考。
首先,分析比较四种不同的高速电磁推进方案,阐明了本论文题目的必要性。针对900km的最高时速,参考长定子直线同步电机和中速磁浮列车的Halbach永磁空芯直线同步电机,初步选定了电机的结构参数,作为分析研究输入。
其次,分析Halbach永磁空芯直线同步电机特性。建立该直线同步电机对应的电磁模型,解析分析计算三相电枢绕组的电枢磁场和Halbach永磁体励磁磁场并进行了优化,结果表明:电枢磁场远小于励磁磁场,占比1-2%。推导了电机的推进力和法向力公式,并通过有限元方法进行了验证;
然后,研究永磁空芯直线同步电机的应用问题。参考部分上海磁浮车的系统与特性参数及供电系统,研究了不同气压下的运行阻力数据,对应的同步电机电枢电流、推进力与法向力和对应的相电压,得到了电机的运行特性数表,表明用0.1atm气压管道降低空气阻力后,电机能提供900km/h的最高推进速度;同时研究配套的电枢供电系统,讨论牵引变电站分布、供电与换步方式,估算了牵引变流器关键参数包括电压、电流、频率及容量,间接说明了工程可行性。
最后,分析现有Halbach永磁涡流制动装置的电磁结构参数,建立通用电磁模型,推导了金属板处磁场分布和制动力及法向力计算公式,研究了气隙等参数对制动力和法向力特性的影响;将有理函数作为涡流制动力的拟合函数,给出了制动距离工程计算方法和公式,降低了计算量。同时用二维有限元仿真验证了部分解析计算结果,得到不同气隙及速度时的涡流制动力、法向力。对不同入口速度对应的制停距离及其速度瞬态曲线进行了计算和分析,为气隙调整提供了参考。